Simulation des hygrothermischen Verhaltens begrünter Dachkonstruktionen
Dipl.-Ing. Daniel Zirkelbach
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Postfach 1152, 83601 Holzkirchen
Search for more papers by this authorDipl.-Ing. Daniel Zirkelbach
Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, Postfach 1152, 83601 Holzkirchen
Search for more papers by this authorUniv. Prof. Dr.-Ing. Nabil A. Fouad
Search for more papers by this authorSummary
Dachbegrünungen werden mit zahlreichen Vorteilen wie besseres Raumklima, Energieersparnis, Reduktion der innerstädtischen Wärmeinseleffekte oder Niederschlagsrückhaltung in Verbindung gebracht. Im Holzbau haben sie aber auch durch viele Schäden an der feuchteempfindlichen Unterkonstruktionen von sich reden gemacht. Vor- und Nachteile waren bisher nur schwer zu quantifizieren, da kaum Modelle zur Beurteilung des hygrothermischen Verhaltens von begrünten Konstruktionen zur Verfügung standen bzw. die verfügbaren Ansätze sich meist nur auf spezielle Teilbereiche beschränkten. Im Rahmen eines Forschungsprojekts konnte am Fraunhofer-IBP ein Berechnungsmodell für Dachbegrünungen erstellt werden, das eine Ergänzung für das bewährte hygrothermische Simulationsverfahren WUFI® darstellt. Es ermöglicht unter Berücksichtigung der Feuchtebilanz eine realitätsnahe instationäre Simulation der Begrünung mit Aussagen zum hygrothermischen Verhalten der Unterkonstruktion und zur energetischen Wirkung auf den darunter liegenden Innenraum.
Literatur
- Diskussionspapier Bundesweite Strategie Gebäudegrün. Fachvereinigung Bauwerksbegrünung e.V. (FBB), Saarbrücken (2015).
- VanWoert, N. D., Rowe, D. B., Andresen, J. A., Rugh, C. L., Fernandez, R. T. und Xiao, L.: Green roofs stormwater retention – effects of roof surface, slope, and media depth. Journal of Environmental Quality 34 (2005), S. 1036–1044.
- Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies – Green Roofs. EPA – United States Environmental Protection Agency (2013).
- DIN 4108-3:2014-11: Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung. Beuth Verlag, Berlin.
- Teibinger, M., Nusser, B.: Ergebnisse experimenteller Untersuchungen an flachgeneigten hölzernen Dachkonstruktionen. Holzforschung Austria, Forschungsbericht, HFA-Nr.: P412, Wien, 2010.
- Winter, S., Fülle, C. und Werther, N.: Experimentelle und numerische Untersuchung des hygrothermischen Verhaltens von flach geneigten Dächern in Holzbauweise mit oberer dampfdichter Abdichtung unter Einsatz ökologischer Bauprodukte zum Erreichen schadensfreier, markt- und zukunftsgerechter Konstruktionen. Abschlussbericht. Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2736, Stuttgart (2009).
- Zirkelbach, D., Stöckl, B.: Hygrothermische Bemessung von Gründächern – Modellentwicklung und praktische Anwendung. Bauphysik 37 (2015) H. 1, S. 1–7.
- Minke, G., Otto, F. und Gross, R.: Ermittlung des Wärmedämmverhaltens von Gründächern. DBU-Abschlussbericht AZ 24242–25, Kassel (2009).
- Schafaczek, B., Zirkelbach D.: Ermittlung von Materialeigenschaften und effektiven Übergangsparametern von Dachbegrünungen zur zuverlässigen Simulation der hygrothermischen Verhältnisse in und unter Gründächern bei beliebigen Nutzungen und unterschiedlichen Standorten. Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2863, Stuttgart (2013).
- Künzel, H. M.: Verfahren zur ein- und zweidimensionalen Berechnung des gekoppelten Wärme- und Feuchtetransports in Bauteilen mit einfachen Kennwerten. Dissertation Universität Stuttgart (1994).
- Liu, K. und Baskaran, B.: Thermal Performance of Green Roofs Through Field Evaluation. National Research Council of Canada Report No. NRCC-46412, Ottawa, Canada (2003).
- Olivieri, F., Di Perna, C., D'Orazio, M., Olivieri, L. und Neila, J.: Experimental measurements and numerical model for the summer performance assessment of extensive green roofs in a mediterranean coastal climate. Energy and Buildings 63 (2013), S. 1–14.
- Theodosiou, T. G.: Summer period analysis of the performance of a planted roof as a passive cooling technique. Energy and Buildings 35 (2003) H. 9, S. 909–917.
- Niachou, A., Papakonstantinou, K., Santamouris, M., Tsangrassoulis, A., und Mihalakakou, G.: Analysis of the green roof thermal properties and investigation of its energy performance. Energy and Buildings 33 (2001) H. 7, S. 719–729.
- DeNardo, J. C., Jarrett, A. R., Manbeck, H. B., Beattie, D. J. und Berghage, R. D.: Green roof mitigation of stormwater and energy usage. ASHRAE Annual International Meeting, Las Vegas, USA (2003).
- Jim, C. Y., Tsang, S. W.: Biophysical properties and thermal performance of an intensive green roof. Building and Environment 46 (2011), S. 63–74.
- DeNardo, J. C., Jarrett, A. R., Manbeck, H. B., Beattie, D. J. und Berghage, R. D.: Stormwater mitigation and surface temperature reduction by green roofs. Transactions of the ASABE 48 (2005) H. 4, S. 1491–1496.
- Kosareo, L. und Ries, R.: Comparative environmental life cycle assessment of green roofs. Building and Environment 42 (2007), S. 2606–2613.
- Liesecke, H.-J.: Jährliche Wasserrückhaltung durch extensive Dachbegrünungen. Dach + Grün. 14 (2005) H. 63. S. 4–13.
- Roehr, D., Kong, Y.: Runoff reduction effects of green roofs in Vancouver, BC, Kelowna, BC, and Shanghai, PR China. Canadian Water Resources Journal Volume 35 (2010) H. 1, S. 53–68.
- Alexandri, E., Jones, P.: Temperature decreases in an urban canyon due to green walls and green roofs in diverse climates. Building and Environment 43 (2008), S. 480–493.
-
Gill, S., Handley, J., Ennos, A., und Pauleit, S.: Adapting cities for climate change: The role of the green infrastructure. Built Environment
33 (2007) H. 1, S. 115–133.
10.2148/benv.33.1.115 Google Scholar
-
Rosenzweig, C., Solecki, W. D., Parshall, L., Chopping, M., Pope, G. und Goldberg, R.: Characterizing the urban heat island in current and future climates in New Jersey. Environ Hazards
6 (2005) H. 1, S. 51–62.
10.1016/j.hazards.2004.12.001 Google Scholar
- Berardi, U., GhaffarianHoseini, Am. und Ghaffarian-Hoseini Al.: State-of-the-art analysis of the environmental benefits of green roofs. Applied Energy 115 (2014), S. 411–428.
- Spala, A., Bagiorgas, H. S., Assimakopoulos, M. N., Kalavrouziotisa, J., Matthopoulos, D., Mihalakakou, G.: On the green roof system – Selection, state of the art and energy potential investigation of a system installed in an office building in Athens, Greece. Renewable Energy 33 (2008), S. 173–177.
- Currie, B. A., Bass, B.: Estimate of air pollution mitigation with green plants and green roofs using the UFOR model. Proceedings 3rd Greening rooftops for sustainable communities, Washington, USA (2005).
- Dürr, A.: Dachbegrünung. Ein ökologischer Ausgleich. Umweltwirkungen, Recht, Förderung, Bauverlag, Wiesbaden, Berlin (1994).
- Liesecke, H.-J., Borgwardt, S.: Abbau von Luftschadstoffen durch extensive Dachbegrünungen – Versuche mit vorkultivierten Vegetationsmatten und granulierter Aktivkohle. Stadt und Grün 46 (1997) H. 4, S. 245–251.
- Tan, P. Y., Sia A.: A pilot green roof research project in Singapore. Proceedings of 3rd annual greening rooftops for sustainable communities conference, Washington, USA (2005).
- Speak, A. F., Rothwell, J. J., Lindley, S. J. und Smith, C. L.: Metal and nutrient dynamics on an aged intensive green roof. Environmental Pollution 184 (2014), S. 33–43.
- Perrier A.: Étude et essai de modelisation des echanges de mass et d'energie au niveau des couverts vegetaux: profils microclimatiques, evapotranspiration et photosynthese Nette. Doctorat d'Etat, Universität Pierre et Marie Curie, Paris, Frankreich (1976).
- Barrio, E. P. del: Analysis of the green roofs cooling potential in buildings. Energy and Buildings 27 (1998), S. 179–193.
- Kumar, R. und Kaushik, S. C.: Performance evaluation of green roof and shading for thermal protection of buildings. Energy and Buildings 40 (2005), S. 1505–1511.
- Lazzarin, R., Castellotti, F. und Busato, F.: Experimental measurements and numerical modelling of a green roof. Energy and Buildings 37 (2005), S. 1260–1267.
- Alexandri, E. und Jones, P.: Developing a one-dimensional heat and mass transfer algorithm for describing the effect of green roofs on the built environment: Comparison with experimental results. Building and Environment 42 (2007), S. 2835–2849.
- Sailor, D. J.: A green roof model for building energy simulation programs. Energy and Buildings 40 (2008), S. 1466–1478.
- Ouldboukhitine, S.-E., Belarbi, R., Jaffal, I. und Trabelsi, A.: Assessment of green roof thermal behavior – A coupled heat and mass transfer model. Building and Environment 46 (2011), S. 2624–2631.
- Tabares-Velasco, P. C. und Srebric, J.: A heat transfer model for assessment of plant based roofing systems in summer conditions. Building and Environment 49 (2012), S. 310–323.
- Tabares-Velasco, P. C., Zhao, M., Peterson, N., Srebric, J. und Berghage, R.: Validation of predictive heat and mass transfer green roof model with extensive green roof field data. Ecological Engineering 47 (2012), S. 165–173.
- Arkar, C., Domjan, S., Majkovič, D., Šumi, J. und Medved, S.: Lightweight green roofs‘ thermal response under freezing conditions. Proceedings 6th International Building Physics Conference (IBPC), Turin, Italy (2015).
- DIN EN 15026:2007-07 : Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Bewertung der Feuchteübertragung durch numerische Simulation. Deutsche Fassung (2007).
- WTA-Merkblatt 6–2–01/D: Simulation wärme- und feuchtetechnischer Prozesse (2002).
- ASHRAE Standard 160: Criteria for Moisture-Control Design Analysis in Buildings (2009).
- Swedish Building Regulations (BBR) 2011. The Swedish National Board of Housing, Building and Planning, Karlskrona, Sweden (2012).
- DIN EN ISO 13788:2013-05: Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Raumseitige Oberflächentemperatur zur Vermeidung kritischer Oberflächenfeuchte und Tauwasserbildung im Bauteilinneren – Berechnungsverfahren. Deutsche Fassung (2013).
- Grunewald, J.: Diffusiver und konvektiver Stoff- und Energietransport. Dissertation, Technische Universität Dresden (1997).
- Rode, C.: Combined Heat and Moisture Transfer in Building Components. Dissertation Technical University of Denmark, Copenhagen, Denmark (1990).
- Burch, D. M., Chi, J.: MOIST – A PC Program for Predicting Heat and Moisture Transfer in Building Envelopes. National Institute of Standards and Technology (NIST), Special Publication 917, Gaithersburg, USA (1997).
- Mundt-Petersen, S. O.: Moisture Safety in Wood Frame Buildings – Blind evaluation of the hygrothermal calculation tool WUFI® using field measurements and determination of factors affecting the moisture safety. Dissertation Universität Lund (2015).
- Lengsfeld K. und Holm A.: Entwicklung und Validierung einer hygrothermischen Raumklima-Simulationssoftware WUFI®-Plus. Bauphysik 29 (2007) H. 3, S. 178–186.
- Schöpfer, T., Antretter, F., Treeck, C.v., Frisch, J. und Holm, A.: Validierung energetischer Gebäudesimulationsmodelle mit der VDI 6020. Proceedings of the third German-Austrian IBPSA Conference, Wien, Österreich (2010).
- WTA-Merkblatt 6–2:2014–12: Simulation wärme- und feuchtetechnischer Prozesse (2014).
- Zirkelbach, D., Künzel, H. M., Schafaczek, B. und Borsch-Laaks, R.: Dampfkonvektion wird berechenbar – Instationäres Modell zur Berücksichtigung von konvektivem Feuchteeintrag bei der Simulation von Leichtbaukonstruktionen. Proceedings 30th AIVC Conference, Berlin (2009), S. 86–87.
- Künzel, H. M. und Kehrer, M.: Einfluss der Hinterlüftung auf das Feuchteverhalten von Holzbauwänden. Beitrag in „Umweltbewusstes Bauen“ (Hrsg.: A. Maas). Stuttgart (2008), S. 611–620.
- Hägerstedt S., Harderup L.: Comparison of measured and calculated temperature and relative humidity with varied and constant air flow in the façade air gap. Proceedings 9th Nordic symposium on building physics (NSB), Tampere, Finnland (2011).
- Mayer, E. und Künzel, H.: Neue Untersuchungen und Überlegungen zur Frage des Zuschlags Δk bei Umkehrdächern. IBP-Bericht BHo-2, Holzkirchen (1984).
- Krus, M. und Holm, A.: Ermittlung der Kapillartransportkoeffizienten mineralischer Baustoffe aus dem w-Wert. Bauinstandsetzen 3 (1997), H.1, S. 219–234.
- DIN 68800-2:2012-02: Holzschutz -Teil 2: Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau (2012).
- Leitfaden zur Berechnung von extensiv begrünten Dächern. Abruf unter: https://wufi.de/de/wp-content/uploads/sites/9/2014/09/Leitfaden_GR%C3%BCndach_150923.pdf